矿井水多级沉降及清淤机器人研究及应用

郭建军

陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司 陕西榆林 719300

摘要：本文以矿井清淤系统为视角，研究其多级沉降的清淤处理过程，探索清淤机器人的功能表现，以提高矿井水仓淤泥清理速度，规避人工清理风险，确保生产安全，降低清淤困难性，提高清淤效率，发挥智能生产优势。

关键词：沉淀池；过渡仓；清淤机器人

引言：矿井内部的环境具有复杂性，在实际开采期间，由于大量涌水携带固体颗粒物进入水仓，使得井下水仓的有效蓄水容积逐渐变小，必须定期对水仓内淤积的固体物进行清理。井下水仓工作条件恶劣，淤积物中含水量大，搅动后往往变成半流态或流态，一般现行的铁锹挖、水桶掏的清仓方式劳动强度大，工作效率低，清仓周期长。尤其在汛期或涌水量较大的情况下，水仓若不能及时投入使用，直接威胁矿井安全生产。因此，进行清淤工作，是确保煤矿作业有序性的关键措施，具有研究价值。

一、多级沉降处理技术研究及应用

（一）沉淀池

利用巷道修建沉淀池，用于二级清淤处理^[1]。修建长度为60米，将此沉淀池设成中间程序，第一次清除矿井水淤泥后，将清理后的矿井水，经过过渡仓，输送至二级沉淀池，以缓解水仓清淤压力。一级沉淀池，集中处理固体淤泥，采取挖装处理方式。二级沉淀池，使用泵吸抽排的清淤方式，压滤煤泥进行脱水处理。

（二）过渡仓

在开拓面积逐渐增加的情况下，固定水仓容量需要扩增。对于扩容问题，依据矿井作业的实际进度，在水仓输入位置前，进行过渡仓设计。此种设计，便于再次清除矿井水中的淤泥，降低水仓清淤任务量。过渡仓清淤时，主要是使用带水沉淀清洁方式，在每天固定时间完成清淤作业。在初级沉淀池处理完成时，矿井水被输送至过渡仓。设计过渡仓时，借助混合液、沉淀分离等清洁思想，将底层刮泥设施装设在过渡仓中，利用刮泥程序的低速循环形式，维持水仓运转的有序性，顺利运送煤泥，达成煤泥用料集中处理的目标。

沉淀池系统中，添加了混合泥浆泵送装置。此装置在运行时，能够以搅拌作业方式，促使清水、煤泥混合。在管路运送下，在离心机程序集中处理混合液。过渡仓的设计，提升了淤泥动态清理的时效性，确保过渡仓平稳运行，增加水仓清淤速度，降低了换仓次数。

2. 探索清淤机器人的功能表现

（一）设备组成

清淤机器人运行的关键程序，是智能行走模块。此模块设计时，围绕行走平稳、负载平衡两个方面，确保系统运行质量。在设计中，融合履带式思想，维护系统行走稳定性。系统组成：行走机制、回料程序、泥浆运输系统、液压系统、监控装置、远程操控系统等。在系统运行时，启动液压系统，相应控制回料、泵送泥浆两个程序。履带式运行程序，与水仓形成较大区域的接触，形成较强附着力，使系统能够平稳跨越较大障碍物，在多重淤泥的环境中自如行走，保证系统的清淤处理效果。

（二）内循环送料

清淤机器人运行时，借助螺旋回料装置，确保排料顺利，集中输送淤泥至存泥仓，在仓内添加了智能补水装置。借助泵压自动给出模拟参数，有效调整淤泥粘稠度，确保水泵负载平稳。使用泥浆泵，输送混合液，运送至机尾，在脱水离心装置的运行下，有效进行清淤处理，分别获取水与泥。在清淤完成时，泥料含水比例不大于20%。将处理完成的煤泥，运送至煤流系统。清淤分离出的水，经管路运送至补水装置，进行水循环使用，形成内循环送料体系。

（三）智能检测

在清淤机器人中添加了多个智能设备^[2]。比如，在管路位置，使用的压力传感设施，能够有效采集压力信号，将采集资料进行模拟量处理，最后由控制CPU接收处理资料，形成实时监控体系。系统结合阻力变化，智能识别混合液浓度，自动调整供给水量。

（四）远程操作

液压系统采取远程控制方式，添加了行走车盘。同时添加了管路各项装置，比如收放盘、线路盘等。在水仓中智能程序运行长度有改变时，管路与电缆两种设施的长度，能够给予智能控制。与此同时，在换仓清理时，给予智能运输、自动安装等控制。

（五）驱动系统

清淤机器人的整个程序，使用液压站，作为系统驱动装置。根据系统运行需要，在液压供给程序中，添加了数个回路，装设了电磁阀。在运行车盘位置，添加了人工控制阀，装设了监控器，便于对系统进行智能、人工与远程联合控制，以动态捕获设备运行实况，及时掌握淤泥沉积量，获取离心机清淤进度，便于有效进行给料量的控制与调整。在系统顶部位置，装设了全视角的摄像头，动态监控设备清淤状况，获取现场淤泥资料，便于远程控制人员掌握现场情况，给出正确的清淤决策。

清淤机器人成功整合了远程控制、动态监控、混合液浓度的智能识别，多种控制装置各项功能。在实际操作系统时，每个班次设定1人，即可高效完成清淤工作。系统具有操作简便、资料捕获完整等优势，能够保障操控人员安全。

三、清淤机器人使用的控制智能表现

（一）液压控制

在清淤机器人系统设计时，控制程序以液压系统为主。各清淤程序的控制方案：清淤泵每分钟运行1450转，螺旋机每分钟运行30转，左右行走每分钟30转。系统组成：防爆电机×1，三联泵×1，马达×5、电磁转向阀×6，溢流阀×3，分配阀×3。液压控制具有较强的运行能力，转速较高，能够顺应清淤机器人的运行需求。

（二）远程控制

在操控中心装设了摄像头反馈系统、指令显示平台。操作人员可使用遥控装置，与电机控制程序间隔30米位置，进行多项系统控制。控制功能：其一，机器人位置移动；其二，螺旋机的开启与关闭；其三，清淤泵的开启与闭合；其四，主油泵的运行与停运；其五，回泥机的运行与关闭；其六，压滤机油容量控制；其七，系统应急暂停。在进行远程控制时，人员在水仓外控制即可。此种控制程序的设计方法，能够有效调整液压动力，合理控制维修任务量，保持水仓含水量的正常性，积极回避淤泥塌方安全问题，确保设备运行平稳，优控运维成本。远程控制增加了系统操作的安全性，极具控制智能性。

（三）控制流程

借助各类系统，对清淤各环节给予有效控制，确保清淤工作顺利完成，减少系统故障，控制运维成本。

1.油缸控制

在油缸控制的过程中，有关人员需要操作电磁阀，进行方向选择，比如上、下，即可驱动油缸，间接控制回泥机的位置。在操作向上键时，回泥机向上运行。使用电磁阀进行的油缸控制，能够应对各种高度淤泥的处理任务。

2.油泵控制

油泵控制需要使用液压泵站而进行，转化机械动能，驱动液压油，从运行角度、压力大小、流量等方面，进行系统控制，确保系统行走速度平稳、流量规范、压力标准，有序完成各项清淤任务。

3.行走控制

在车盘、系统中，添加的连杆，将其固定在管路上，能够控制系统行走，确保系统行走时，携带车盘共同运行。行走控制时，添加的连杆，能够防止车盘掉落，确保系统运行平稳、连接有效。

4.泥浆泵控制

液压装置每分钟运行1450转，对泥浆泵形成了有效驱动，积极清理淤泥。在螺旋绞龙表面添加的泥浆泵，在运行前期，需要进行性能检测，确保泵运行能力，防止螺丝与胶管有松动情况。泥浆泵能够进行正转、反转，与管路相连时，不可进行转向改变，确保泵运行质量。使用液压装置形成驱动控制，确保泥浆泵运行质量。在泥浆泵连接管路时，可采取转向固定的设计方法，防止转向变动。

结论：综上所述，围绕水仓清淤工作，进行系统开发，给出了多级沉淀处理、清淤机器人两种设计方案，以加强清淤能效，缓解水仓清淤的劳动强度。清淤机器人的运行主要在仓外，多级沉淀主要处理位置在仓内。清淤机器人具备自主运行、智能送料、远程操作多种功能，相比多级沉淀处理，更易于搬运，可以多地点使用，后期投资较少，安全性较高。

参考文献：

[1]刘帅,关雪丹.泵站清淤机器人清淤工艺的研究[J].电力设备管理,2021(06):157-158.

[2]郭强.煤矿矿井水井下处理及废水零排放技术进展[J].洁净煤技术,2018,24(01):33-37+56.